[论文解读] A Queueing Based Scheduling Approach to Plug-In Electric Vehicle Dispatch in Distribution Systems

Qiao Li, Rohit Negi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2012

Electric Vehicles and Infrastructure参考文献 14被引用 6

一句话总结

本文提出了一种基于最大权重队列的调度算法，以最优方式管理配电网中的插电式电动汽车（PEV）充电，在温和的随机假设下确保吞吐量最优。该方法可防止支路拥塞和电压下降，使在无需昂贵基础设施升级的情况下实现高比例PEV渗透，同时提升可再生能源的集成能力。

ABSTRACT

Large-scale integration of plug-in electric vehicles (PEV) in power systems can cause severe issues to the existing distribution system, such as branch congestions and significant voltage drops. As a consequence, smart charging strategies are crucial for the secure and reliable operation of the power system. This paper tries to achieve high penetration level of PEVs with the existing distribution system infrastructure by proposing a smart charging algorithm that can optimally utilize the distribution system capacity. Specifically, the paper proposes a max-weight PEV dispatch algorithm to control the PEV charging rates, subject to power system physical limits. The proposed max-weight PEV dispatch algorithm is proved to be throughput optimal under very mild assumptions on the stochastic dynamics in the system. This suggests that the costly distribution system infrastructure upgrade can be avoided, or failing that, at least successfully deferred. The proposed PEV dispatch algorithm is particularly attractive in integrating the renewable energy sources in the distribution system, by successfully absorbing their intermittency.

研究动机与目标

• 解决现有配电网中因插电式电动汽车（PEVs）高渗透率导致的严重支路拥塞和电压下降问题。
• 开发一种智能充电策略，在无需昂贵配电网升级的情况下最大化PEV的集成。
• 通过利用排队论原理，在PEV充电动态具有随机性的情况下确保系统稳定性和可靠性。
• 通过协调PEV充电与可再生能源发电模式，实现间歇性可再生能源的有效集成。

提出的方法

• 制定一种最大权重PEV调度算法，根据队列积压和系统约束动态控制充电速率。
• 将配电网建模为一个队列网络，将PEV的充电需求视为随机到达队列的到达过程。
• 将配电网的物理限制（如支路潮流和电压约束）作为优化中的硬约束纳入。
• 使用李雅普诺夫优化技术，在系统动态的温和假设下证明吞吐量最优性。
• 确保算法能够适应PEV可用性和可再生能源发电输出的实时变化。
• 设计算法以具备可扩展性，并可在实时配电网运行中实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在现实的随机动态条件下，基于队列的调度方法能否实现PEV充电的吞吐量最优？
• RQ2 所提出的算法在高PEV渗透率的配电网中，能在多大程度上防止支路拥塞和电压越限？
• RQ3 该算法通过协调PEV充电，能在多大程度上有效吸收可再生能源的间歇性？
• RQ4 在何种系统条件下，该算法可在无需基础设施升级的情况下维持稳定性和最优性？

主要发现

• 所提出的最大权重PEV调度算法在对PEV到达和可再生能源发电的随机行为做出非常温和的假设下，被证明具有吞吐量最优性。
• 该算法成功防止了支路拥塞和电压下降，使配电网在高PEV渗透水平下仍能安全运行。
• 由于该算法高效利用了现有容量，系统基础设施升级可被推迟或完全避免。
• 该算法通过将PEV充电与可再生能源发电模式对齐，增强了可再生能源的集成，从而平抑了净负荷的波动性。